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Capítulo 8
Intera ión de las Radia iones
Ionizantes on la materia
8.1. Introdu ión
Las radia iones, tanto orpus ulares (α, β, n, . . . ) omo ele tromagnéti as (X, γ), tienen la
propiedad de penetrar en la materia, donde eden su energía, total o par ialmente, en sus
intera iones on los átomos onstituyentes de la misma.
La omprensión de los prin ipales pro esos de intera ión de las radia iones on la materia
que atraviesan es importante para poder pro eder al estudio de los dete tores de radia ión, de
las magnitudes y unidades aso iadas on la radia ión, de los efe tos biológi os que produ en al
in idir sobre la materia viva y del diseño de blindajes apropiados para ada tipo de radia ión.
Las radia iones que tiene en omún la propiedad de produ ir ioniza ión en los medios materia-
les que atraviesan re iben el nombre de radia iones ionizantes (la ioniza ión es el resultado
de la expulsión de un ele trón fuera de la estru tura atómi a o mole ular a la que pertene e).
Las radia iones ionizantes onstituidas por partí ulas argadas (ele trones, protones, partí u-
las alfa, . . . ) son radia iones dire tamente ionizantes, ya que la ioniza ión del medio es
produ ida por la propia partí ula.
La radia ión ele tromagnéti a (fotones X y γ) y la onstituida por partí ulas neutras (neutro-
nes) también produ en ioniza ión en el medio en el que penetran. Pero esta ioniza ión no es
dire ta, sino indire ta, por intermedio de partí ulas argadas. Por esta razón, la radia ión ele -
tromagnéti a de alta energía y los neutrones se onsideran omo radia iones indire tamente
ionizantes.
8.2. Intera ión de partí ulas argadas
Cuando una partí ula argada penetra en la materia, experimenta la a ión de fuerzas ele -
trostáti as de nú leos y sobre todo de los ele trones de la orteza atómi a, lo que supone una
a ión paulatina de frenado que on luye on la dete ión de la partí ula.
189
190 8.2. Intera ión de partí ulas argadas
8.2.1. Tipos de intera ión
Las partí ulas argadas pierden su energía al intera ionar on la materia a través de tres
tipos de intera iones fundamentalmente, olisión elásti a, inelásti a y radiativa.
Colisión Elásti a
En este tipo de olisiones, se onservan tanto la energía inéti a omo la antidad de movi-
miento. En estos asos la partí ula se desvía de su traye toria, ediendo parte de su energía
en forma de energía inéti a. En las olisiones elásti as no se produ e en el medio ninguna
altera ión, ni atómi a ni nu lear.
Colisión Inelásti a
En estas olisiones se onserva la antidad de movimiento, pero no la energía inéti a. La
partí ula al sufrir estas olisiones on los átomos del medio, modi� a su estru tura ele tróni a,
produ iendo ex ita ión, ioniza ión o diso ia ión mole ular.
Figura 8.1: Colisión inelásti a: ex ita ión.
Ex ita ión Cuando en la olisión la partí ula in ide sobre un ele trón atómi o, y la ener-
gía transferida es insu� iente para produ ir ioniza ión, el ele trón impa tado no puede ser
expulsado del átomo, pero si puede ser promovido a una órbita de mayor energía.
Ioniza ión Si en los hoques de la partí ula on los ele trones atómi os, la energía transfe-
rida es superior a la energía de enla e del ele trón olisionado, éste abandona el átomo y en
onse uen ia se rea un ion positivo.
Se produ e en estas ondi iones un plasma diluido, a lo largo de la traye toria de la partí ula y
hasta una ierta distan ia de la misma, se rea un ierto número de pares ion-ele trón, que en
ondi iones ordinarias tenderán a la re ombina ión, estable iéndose la neutralidad elé tri a
del medio absorbente.
Dpto. Físi a de Materiales.
8. Intera ión de las RI on la materia 191
Figura 8.2: Colisión inelásti a: ioniza ión.
Diso ia ión Cuando la energía edida a una molé ula por una partí ula al anza ierto
valor ríti o, puede produ irse el fenómeno de la diso ia ión o radiolisis. Este pro eso onsiste
en la ruptura de enla es quími os mole ulares, y produ e transforma iones quími as en las
sustan ias irradiadas.
Los efe tos más intensos de la radiolisis se produ en en molé ulas on uniones ovalentes,
uya diso ia ión da lugar a la forma ión de radi ales libres.
En general, los pro esos quími os que o asiona al radiolisis de la materia ondu en a rea iones
de des omposi ión, pro esos de oxida ión, omo los sufridos por las sales ferrosas disueltas
en agua, redu iones omo las experimentadas por haluros de plata (que se emplea en la
forma ión de la imagen radiológi a, omo se verá más adelante), o polimeriza iones omo las
experimentadas por el etileno o el a etileno.
Colisión Radiativa
La partí ula argada se frena o se desvía en su intera ión on los átomos del medio y omo
resultado emite ondas ele tromagnéti as (emite radia ión, de ahí el nombre de olisión radia-
tiva). Este pro eso, a nivel elemental se produ e on mayor probabilidad en las proximidades
del nú leo atómi o, omo onse uen ia de pequeñas desvia iones de la partí ula in idente.
Cuando una partí ula in idente, de masa M y arga ze, penetra en el ampo elé tri o de un
nú leo atómi o on arga Ze, experimenta la a ión de una fuerza elé tri a y por tanto una
a elera ión que resulta ser propor ional a zZ/M.
De a uerdo on las leyes de la Ele trodinámi a Clási a una partí ula argada, al ser a elerada
emite radia ión ele tromagnéti a (ver apítulo 3, apartado 3.4.5) , uya intensidad, Ir, espropor ional al uadrado de la a elera ión
Ir = κz2Z2
M2(8.1)
donde κ es una onstante.
La energía de los fotones de frenado tiene valores omprendidos entre ero y la energía inéti a
de la partí ula al produ irse la olisión, orrespondiente a pro esos de frenado tanto más
intensos uanto menor sea la distan ia entre la traye toria ini ial de la partí ula y el nú leo
(parámetro de impa to).
Contamina ión por Agentes Físi os. Curso 2015/2016
192 8.2. Intera ión de partí ulas argadas
La radia ión de frenado o bremsstrahlung resulta ser de mu ha menor importan ia, prá ti a-
mente despre iable para partí ulas argadas pesadas (protones, deuterones, alfa....) que para
los ele trones que atraviesen un medio material (lo que se puede dedu ir de la expresión (8.1)),
este es el pro eso de emisión de rayos X de frenado, omo ya se ha visto en la pag. 181. Ade-
más, para ele trones, la radia ión de frenado tiene una gran importan ia uando su energía es
superior a algunos MeV, en espe ial si el material tiene un elevado número atómi o Z, omo
se dedu e de la rela ión que existe entre la pérdida de energía por radia ión de frenado y por
ioniza ión,
rad. frenado
rad. ionizante≃ ZE(MeV)
800(8.2)
siendo E la energía del ele trón expresada en MeV
8.2.2. Ioniza ión espe í� a
Como hemos visto, si en la olisión inelásti a on los ele trones atómi os, la energía transferida
es superior a la energía de enla e del ele trón olisionado, éste abandona el átomo y en
onse uen ia se rea un ion positivo.
Este tipo de ioniza ión originado por la transferen ia de la energía de la partí ula argada
a los ele trones atómi os, re ibe el nombre de ioniza ión primaria. Existe además otro
tipo de ioniza ión, generada por ele trones produ idos en la ioniza ión primaria, on energía
su� iente para a su vez, produ ir nuevas ioniza iones en el medio. Este fenómeno re ibe el
nombre de ioniza ión se undaria.
La ioniza ión total, It, produ ida por una partí ula argada en su paso a través de la materia,
es igual al número total de pares ion-ele trón produ idos por ioniza ión primaria y se undaria,
a lo largo de su traye toria. Enton es, si TC es la energía inéti a ini ial de la partí ula
It =TC
w(8.3)
donde w (energía media de ioniza ión) es la energía media ne esaria para produ ir un par
ele trón-ion. En ada aso w depende de la naturaleza y energía de la partí ula in idente y
por otra, de la naturaleza del medio. Valores típi os de este parámetro son, w = 30 eV/par
para gases y w = 3 eV/par para sólidos.
Re ibe el nombre de ioniza ión espe í� a, Ie, el número de pares ele trón-ion produ idos
por la partí ula in idente, por unidad de re orrido en el medio material. La ioniza ión espe í-
� a varía a lo largo del re orrido de la partí ula, al anzando un valor máximo ha ia el �nal de
la traye toria, uando la velo idad es relativamente baja. A partir del máximo la ioniza ión
espe í� a disminuye abruptamente, debido a la neutraliza ión de la arga.
8.2.3. Poder de frenado y al an e
Cuando una partí ula argada atraviesa un medio material, va perdiendo su energía de forma
ontinua, prin ipalmente mediante los pro esos de ex ita ión e ioniza ión de los átomos del
medio.
Una magnitud importante en la des rip ión uantitativa de la pérdida ontinua de energía de
la partí ula argada in idente al atravesar la materia es el poder de frenado, que se de�ne
Dpto. Físi a de Materiales.
8. Intera ión de las RI on la materia 193
omo la pérdida de energía experimentada por la partí ula por unidad de longitud a lo largo
de su traye toria en la materia
S (E) = −dE
dx(8.4)
por lo que físi amente el poder de frenado no es más que una fuerza retardante.
Se expresa en unidades de energía por unidad de longitud, MeV/ m, J/ m. Depende del medio
material y de la naturaleza y energía de la partí ula argada que lo atraviesa.
Al an e
Después de re orrer una distan ia más o menos de�nida, la partí ula habrá perdido toda su
energía inéti a y se �termaliza� en el medio. Se de�ne el al an e de una partí ula argada
que in ide sobre un medio material omo la máxima distan ia de penetra ión en di ho medio.
Para las partí ulas argadas pesadas el al an e oin ide on la longitud de su traye toria, ya
que las traye torias pueden onsiderarse omo re tilíneas. Sin embargo, para los ele trones,
que experimentan desvia iones de gran ángulo sobre todo si son po o energéti os, el al an e
es notoriamente inferior a la longitud de la traye toria.
Existe una importante rela ión entre el poder de frenado y el al an e, R
R =
∫ R
0
dx =
∫ To
0
dE
S (E)(8.5)
donde To es la energía inéti a ini ial de la partí ula in idente.
Es onveniente expresar el al an e para una partí ula argada en una sustan ia mediante la
masa, expresada en gramos o miligramos por m
2, de una lámina de di ha sustan ia de 1 m
2
de super� ie y de grosor igual al espesor atravesado. A un espesor así expresado se le suele
llamar espesor mási o. A un espesor de X( m) en una sustan ia de densidad ρ(g/ m3) le
orresponde un espesor mási o Xm(g/ m
2) dado por
Xm(g/ m
2) = X( m)× ρ(g/ m3
) (8.6)
Los al an es de las partí ulas argadas se suelen dar en estas unidades. La ventaja prin ipal
de expresar en esta forma espesores de sustan ia radi a en que el al an e depende sólo de las
ara terísti as de la partí ula in idente y muy po o de la naturaleza de la sustan ia atravesada.
Al an e de partí ulas alfa Al atravesar aire en ondi iones normales, las partí ulas alfa
produ en varios miles de pares ele trón-ion por milímetro de re orrido y más todavía si la
sustan ia es más densa. Por ello las partí ulas alfa pierden su energía muy rápidamente y su
re orrido en todo aso es muy orto, de forma que el al an e de esas partí ulas en aire es de
unos po os m. Son detenidas por una hoja de papel, la tela de un vestido o la piel del uerpo
humano.
El al an e medio de las partí ulas α en aire tipo en ondi iones normales, puede al ularse
mediante la siguiente rela ión empíri a on la energía inéti a Tα
R ( m) = 0,318× T 3/2α (MeV) (8.7)
Contamina ión por Agentes Físi os. Curso 2015/2016
194 8.2. Intera ión de partí ulas argadas
esta expresión propor iona una buena aproxima ión para energías omprendidas entre 4 y 7
MeV
Si, omo o urre en la mayoría de los asos, la emisión de partí ulas alfa no fuera a ompañada
por los penetrantes rayos gamma, bastaría en prin ipio los vestidos ordinarios y unos guantes
de goma o plásti o para manejar sin riesgo las sustan ias emisoras de estas partí ulas. Sin
embargo, si se introdu en en el organismo via inhala ión o ingestión o a través de una herida,
estas sustan ias pueden ser altamente ionizantes aún en muy pequeñas antidades.
Al an e de partí ulas beta Debido a que son partí ulas ligeras, las partí ulas beta poseen
una velo idad muy superior a las partí ulas alfa de la misma energía. Como onse uen ia de
su pequeña masa y gran velo idad, las partí ulas beta tiene mayor poder de penetra ión en
la materia. Así, el al an e en aire puede estimarse en metros, dependiendo fuertemente de
la energía de la partí ula, siendo además muy irregular su traye toria dentro de la materia,
debido a las desvia iones que sufren al ho ar.
En rela ión on los ontenedores o blindajes para los radionu leidos que se desintegran via
beta, interesa que estén formados por un primer espesor (en onta to on el radionu leido) de
un material de bajo número atómi o Z, para que frene los ele trones o positrones produ iendola mínima antidad de radia ión de frenado, seguida de un ierto espesor de material de alto
número atómi o Z, que sirva para atenuar la posible radia ión produ ida en el frenado de las
partí ulas o fotones de aniquila ión (para desintegra ión β+). Nun a debe ponerse al revés,
ya que ello signi� ará una antidad apre iable de radia ión fuera del ontenedor o aumentar
inne esariamente el tamaño de éste.
Para el ál ulo analíti o, el al an e se evalúa según las siguientes fórmulas empíri as de Feat-
her:
En el aso de que 0, 08 < Tmax < 0, 8 MeV se umple:
Rβ ≃ 0, 407× T 1,38max (8.8)
Mientras que para 0, 8 < Tmax < 3 MeV:
Rβ = 0, 542× Tmax − 0, 106 (8.9)
donde Tmax es la energía máxima del espe tro beta emitido, expresada en MeV, y Rβ es el
al an e mási o en g/ m
2.
Al an e de radia ión beta en fun ión de su energía Al an e en mm
Energía Tejido
(MeV) Aire Biológi o Aluminio Plásti o
0,05 29 0,04 0,015 0,03
0,10 100 0,13 0,050 0,09
0,50 1.200 1,85 0,65 1,60
1,00 3.050 4,75 1,52 3,50
1,50 5.000 6,80 2,40 5,00
2,00 7.100 11,15 4,10 7,40
2,50 9.100 13,60 5,50 9,80
3,00 11.000 17,35 6,75 12,00
4,00 15.000 22,50 7,85 15,50
Dpto. Físi a de Materiales.
8. Intera ión de las RI on la materia 195
Como se ha indi ado antes, las partí ulas beta experimentan ambios signi� ativos en la
dire ión de su traye toria en ada olisión, in luso hasta llegar a olisiones on ángulo de
difusión mayor que 90
o, fenómeno que re ibe el nombre de retrodispersión.
Aniquila ión de positrones Los positrones de gran energía tienen pérdidas por ioniza ión
y radia ión, igual que los ele trones. Sin embargo el fenómeno de aniquila ión de positrones
(ya omentado en pag. 176), introdu e la variable adi ional de la genera ión de radia ión de
aniquila ión, ir unstan ia importante, en espe ial para el ál ulo de blindajes biológi os.
8.3. Intera ión de rayos X y rayos gamma
Tanto los rayos X omo los rayos gamma son radia iones ele tromagnéti as uya intera ión
dire ta on la materia da lugar a la libera ión de ele trones primarios que serán los que
produ irán seguidamente ex ita ión e ioniza ión de los átomos y molé ulas de la materia que
atraviesan. Son por tanto radia iones indire tamente ionizantes.
8.3.1. Pro esos de intera ión
Los me anismos de intera ión de la radia ión ele tromagnéti a de alta energía (X y γ) son omplejos, ya que resultan de la superposi ión de varios pro esos independientes de los uales
los más importantes son:
Efe to fotoelé tri o
Este fenómeno ha sido previamente des rito en el apartado 5.2.3, aquí lo desarrollaremos
teniendo en uenta que en este aso se trata de radia ión ele tromagnéti a de alta energía.
El efe to fotoelé tri o se produ e uando tiene lugar una olisión entre un fotón y un ele trón
ligado a un átomo. El fotón X o el gamma es ompletamente absorbido y toda su energía es
omuni ada al ele trón, el ual es apa del átomo al que estaba ligado on una energía inéti a
igual a la diferen ia entre la energía del fotón in idente y la de ligadura del átomo
Ef = Eγ − Eb (8.10)
donde Eγ = hν es la energía del fotón in idente y Eb la de ligadura del ele trón al átomo.
Los ele trones así emitidos se denominan fotoele trones En la �gura siguiente se ilustra el
me anismo del efe to fotoelé tri o.
El átomo residual que resulta tras un efe to fotoelé tri o, es un ion positivo on una va ante
en una apa profunda, por lo general la apa K. En onse uen ia el fotoele trón emitido ira
a ompañado de rayos X ara terísti os.
El efe to fotoelé tri o es un fenómeno de absor ión que tiene una importan ia preponderante,
por ejemplo en el aluminio, para energías Eγ < 50 keV, y para el plomo hasta Eγ < 500 keV.
Contamina ión por Agentes Físi os. Curso 2015/2016
196 8.3. Intera ión de rayos X y rayos gamma
Figura 8.3: Esquema del efe to fotoelé tri o.
Efe to Compton
El efe to Compton tiene lugar en la olisión entre un fotón y un ele trón tan �ojamente ligado
(Eb << Eγ) que se puede onsiderar omo libre. El fotón X o gamma in idente sólo ede al
ele trón on el que ho a parte de la energía, onvirtiéndose en otro fotón de menor energía,
y por tanto de menor fre uen ia, desviado de la traye toria ini ial. El pro eso se esquematiza
en la siguiente �gura.
Figura 8.4: Esquema del efe to Compton.
La energía edida al ele trón es variable de unos su esos a otros según el hoque sea más o
menos frontal y el nuevo fotón salga más o menos desviado respe to a la dire ión ini ial.
Al ho ar el fotón primario, de energía hν, el ele trón resulta de�e tado un ángulo θ, y on
energía Ee, mientras que el fotón primario sufre una dispersión según ángulo ϕ y su energía
pasa a ser hν ′. Por el prin ipio de onserva ión de la energía se puede es ribir, despre iando
la energía de enla e del ele trón,
hν = hν ′ + Ee (8.11)
La apli a ión de los prin ipios de onserva ión de la energía y antidad de movimiento en
Dpto. Físi a de Materiales.
8. Intera ión de las RI on la materia 197
ondi iones relativistas (tanto los fotones omo los ele trones a esas energías son relativistas)
permite al ular el valor de la energía del fotón dispersado
hν ′ =hν
1 + α (1− cosϕ)(8.12)
on α = hν/moc2, donde mo es la masa del ele trón en reposo (0,511 MeV).
La energía inéti a on la que sale el ele trón es
Ee = hν − hν ′ = hνα (1− cosϕ)
1 + α (1− cosϕ)(8.13)
por lo que Ee al anza un valor máximo uando ϕ = π (retrodispersión), que vale,
Eemax = hν2α
1 + 2α(8.14)
El efe to Compton, al igual que el efe to fotoelé tri o, produ e un átomo residual ionizado,
pero en este aso la va ante se produ e en una apa po o profunda, por lo general la apa
más externa (ele trones de valen ia) por lo que de emitirse radia ión ele tromagnéti a de
desex ita ión, será de baja energía.
El efe to Compton es predominante en un amplio margen de energía, en el aluminio entre 50
keV y 15 MeV y en el plomo entre 500 keV y 5 MeV. El oe� iente de atenua ión Compton
varía linealmente on el número atómi o del absorbente.
Crea ión de pares
El efe to de rea ión de pares tiene lugar on fotones de alta energía, y representa un pro eso
de materializa ión de energía en el sentido de la Me áni a Relativista. El fotón gamma al
a er arse a un nú leo atómi o desapare e totalmente y en su lugar apare en un positrón y un
ele trón; se trata de una onversión de energía en materia.
Como la suma de las masas del ele trón y positrón equivale a una energía, teniendo en uenta
que la masa en reposo del ele trón es 0,511 MeV/
2, de 2×0, 511 MeV = 1,022 MeV, está
tendrá que ser la energía mínima de los fotones in identes para que pueda tener lugar la
rea ión de pares. El prin ipio de onserva ión de la energía se expresa aquí de la forma
hν = 2moc2 + E+ + E− (8.15)
donde E+ y E− representan respe tivamente las energías inéti as del positrón y del ele trón.
El ex eso de energía sobre 1,02 MeV del fotón in idente se distribuye equitativamente en forma
de energía inéti a entre ambas partí ulas. El ele trón pierde rápidamente su energía por
hoque on los átomos o molé ulas ir undantes a los que ex ita o ioniza. Como los positrones
son partí ulas inestables, intera ionan on un ele trón para aniquilarse mutuamente. Por ello
en el pro eso de rea ión de pares tiene lugar la rea ión de un par de fotones de radia ión
ele tromagnéti a, ada uno de 0,511 MeV, que tienen dire iones opuestas. En el diagrama se
des ribe el pro eso de forma ión de pares.
Contamina ión por Agentes Físi os. Curso 2015/2016
198 8.3. Intera ión de rayos X y rayos gamma
Figura 8.5: Esquema de la rea ión de pares.
8.3.2. Atenua ión de la radia ión ele tromagnéti a en la materia
Al in idir un haz de fotones sobre la materia, la probabilidad de que se produz a un efe to
u otro depende de la energía de los fotones y de la naturaleza de la sustan ia atravesada. El
efe to fotoelé tri o es el más importante para la absor ión de fotones de baja energía. El efe to
Compton es el pro eso que prevale e en la absor ión de rayos gamma de energía intermedia.
A partir de un valor mínimo de 1,02 MeV, la produ ión de pares aumenta on la energía de
los fotones in identes y es el pro eso que predomina a energías altas.
En la absor ión de la radia ión ele tromagnéti a, las ontribu iones del efe to fotoelé tri o
y del de rea ión de pares aumentan notablemente on el número atómi o Z del elemento
que onstituye la materia absorbente. La ontribu ión del efe to Compton depende en menor
grado de di ho número atómi o.
El paso de la radia ión ele tromagnéti a a través de la materia se ara teriza por una ley de
atenua ión exponen ial. Esto es así porque en la intera ión de un haz de fotones on la
materia que atraviesan, éstos son eliminados del haz a título individual, mediante los pro esos
des ritos anteriormente.
Si onsideramos un haz de fotones de intensidad Io (fotones por segundo) que in ide sobre unmedio material en el que penetran, la intensidad del haz transmitido después de atravesar un
espesor x de absorbente será
I = Ioe−µx
(8.16)
donde µ es un parámetro ara terísti o del absorbente que depende aparte de la naturaleza y
densidad del mismo, de la energía de los fotones in identes. Re ibe el nombre de oe� iente
de atenua ión lineal y se expresa en unidades de longitud inversa, m
−1, m−1.
El oe� iente de atenua ión mási o, de�nido omo µ/ρ donde ρ es la densidad de la
sustan ia, se mide en m
2/g o similares, y suele utilizarse en lugar del oe� iente lineal porque
no depende del estado de agrega ión de la materia, en este aso los espesores utilizados serán
los espesores mási os (pag. 193).
Dpto. Físi a de Materiales.
8. Intera ión de las RI on la materia 199
Figura 8.6: Varia ión del oe� iente de atenua ión on la energía.
Se llama espesor de semirredu ión (X1/2) o apa hemirredu tora de un material para
radia ión X o gamma, al espesor de di ho material que, interpuesto en el amino de la radia-
ión, redu e la intensidad a la mitad. El espesor de semirredu ión depende de la energía de
la radia ión in idente y, en general, es tanto menor uanto mayor es la densidad del material
atravesado. Depende de la energía de la radia ión in idente y de la densidad del material
atravesado. Se rela iona on el oe� iente de atenua ión on la siguiente expresión:
X1/2 =ln 2
µ(8.17)
En la tabla siguiente apare en distintos ejemplos de los espesores de semirredu ión en varios
materiales para diferentes energías de radia ión X o gamma.
Espesores de semirredu ión, en m para radia ión X y gamma.
Hormigón Hierro Plomo
Radia ión X 50 keV 0,6 0,06 0,01
100 keV 1,8 0,15 0,02
150 keV 2,3 0,35 0,03
200 keV 2,7 0,6 0,05
250 keV 3,1 0,7 0,07
300 keV 3,3 1,0 0,15
Emisión γ Co60 6,6 2,2 1,24
de fuentes Cs137 5,3 1,4 0,6
radia tivas Ir192 4,8 1,1 0,5
Contamina ión por Agentes Físi os. Curso 2015/2016
200 8.4. Intera ión de neutrones
8.4. Intera ión de neutrones
Como se ha visto en el apítulo anterior, los neutrones son partí ulas que no tienen arga y no
pueden intera ionar on la materia a través de fuerzas oulombianas. El neutrón intera iona
on un nú leo del material absorbente, que representa un pequeño volumen frente al volumen
del átomo, por lo que son muy penetrantes. Como resultado de la intera ión el neutrón puede
desapare er (absor ión) y ser reemplazado por una o más radia iones se undarias, o bien,
ambiar signi� ativamente la energía o dire ión del neutrón (dispersión).
La probabilidad de que se produz a un tipo de intera ión u otro es fun ión de la energía de
los neutrones y del material.
Las intera iones signi� ativas son las siguientes:
Dispersiones elásti as. on los nú leos del material absorbente. La máxima transferen ia
media de energía tiene lugar uando ho an los neutrones on nú leos de masa similar, por
ejemplo nú leos de hidrógeno, los uales se onvierten en los protones de retro eso. Estos
pierden seguidamente la energía re ibida en el hoque ionizando los átomos que en uentran
en su amino. Como onse uen ia de estos hoques los neutrones van perdiendo energía hasta
al anzar la energía inéti a media de los átomos y molé ulas del medio. A estos neutrones de
baja energía se les llama neutrones térmi os y al pro eso modera ión.
Dispersiones inelásti as. Tienen lugar uando el nú leo después del hoque queda en
estado ex itado y emite energía en ex eso por emisión, en general de un fotón gamma.
Absor ión o Captura. del neutrón por un nú leo del material absorbente produ iéndose
rea iones nu leares de diversos tipos, omo aptura radiativa, emisión de partí ulas o �sión.
Entre estas rea iones se en uentran las siguientes
Li6 (n, α)He3
B10 (n, α)Li7
Al27 (n, γ)Al28
Al27 (n, p)Mg27
Al27 (n, α)Na24
Al27 (n, 2n)Al26
Cd113 (n, γ)Cd114
Los neutrones libres tienen un gran poder de penetra ión en la materia, in luso para materiales
muy densos. No existen materiales e� a es para la absor ión de neutrones rápidos, pero si
algunos, omo el admio o el boro que por su gran apa idad de apturar neutrones on menor
energía según las rea iones des ritas anteriormente son utilizados omo absorbentes para este
tipo de neutrones lentos y térmi os.
La forma más e� az para detener un haz de neutrones rápidos (de mayor energía) onsiste en
onvertirlos previamente en neutrones lentos, interponiendo en su amino un espesor onve-
niente de agua, para�na o plásti o (materiales ri os en hidrógeno) seguido de unos milímetros
de admio o unos entímetros de boro.
Dpto. Físi a de Materiales.
8. Intera ión de las RI on la materia 201
El uerpo humano ontiene un gran por entaje de hidrógeno y por tanto es muy probable
que, si in iden neutrones sobre el mismo, tengan lugar dispersiones elásti as produ iéndose
protones de retro eso que a su vez produ irán daños biológi os. Por tanto el neutrón es una
partí ula de gran peligrosidad desde el punto de vista de la radioprote ión.
8.5. Unidades de radia ión
Desde el omienzo de las apli a iones médi as, ientí� as e industriales de las fuentes de radia-
iones ionizantes, se hizo ne esario de�nir magnitudes y unidades que permitieran ara terizar
de manera uantitativa la radia ión.
Las unidades de radia ión tradi ionales siguen teniendo uso extendido, sin embargo ya desde
el año 1975 el Comité Interna ional de Pesas y Medidas re omendó el uso de las unidades del
llamado Sistema Interna ional de Unidades Físi as.
8.5.1. A tividad
Esta magnitud ya ha sido introdu ida en el apítulo anterior. Una masa o antidad de sustan ia
radia tiva se mide por la a tividad que espontáneamente desarrolla, entendiendo por tal
el número de desintegra iones nu leares que en ella tienen lugar por unidad de tiempo. La
unidad orrespondiente en el sistema interna ional es la desintegra ión por segundo, a la que
se llama Be querelio, designándola Bq.
Como unidad tradi ional se es ogió en su día el Curio, al que se designó on el símbolo Ci
y que fue de�nido omo la a tividad de una masa radia tiva en la que se produ en 3,7×1010
desintegra iones por segundo. Está laro que un urio equivale a 3,7×1010
Bq y representa
muy aproximadamente la a tividad de un gramo de radio natural Ra226.
La rela ión entre las dos magnitudes es la siguiente
1Ci = 3, 7× 1010
Bq (8.18)
Aunque para de�nir la peligrosidad de una fuente radia tiva se pre isa ono er las ara te-
rísti as de la radia ión que emite, se puede dar una idea aproximada de di ha peligrosidad
a partir de la a tividad de la fuente. Por lo que, fuentes de po os urios son en general muy
peligrosas y deben manejarse on rigurosas pre au iones. Fuentes de mili urios debidamente
en apsuladas son po o peligrosas, aunque también requieren iertas pre au iones de mane-
jo. Fuentes en apsuladas de mi ro urios no suelen en errar peligro, aunque puede resultar
peligrosa la ingestión o inhala ión de tan pequeñas antidades de algunos radionu leidos.
Se de�ne a tividad espe í� a de un material radia tivo omo la a tividad de la unidad de
masa de di ho material. Cuando se trata de un líquido o de un gas suele expresarse también
omo la a tividad de la unidad de volumen en ondi iones normales. Se a ostumbra a medir
en urios/gramo o urios/ m
3en el sistema tradi ional mientras que en el vigente sistema
interna ional deberá expresarse en bequerelios/kg o bequerelios/m
3respe tivamente.
Contamina ión por Agentes Físi os. Curso 2015/2016
202 8.5. Unidades de radia ión
8.5.2. Exposi ión
El on epto exposi ión (X) se introdujo originalmente para permitir la ompara ión de
� antidades de radia ión� suministradas por los tubos de rayos X rela ionando su intera ión
on la materia.
Como fenómeno de intera ión se adoptó la ioniza ión produ ida por la radia ión en aire y
omo unidad tradi ional se tomo el Roentgen o Renguenio, representado por el símbolo R,
que se de�nió omo aquella exposi ión a la radia ión X o gamma que al atravesar un volumen
de aire se o, en ondi iones normales de presión y temperatura, provo a la libera ión, por
ada entímetro úbi o, de iones y ele trones que totalizan una unidad ele trostáti a de arga
(u.e. ) de ada signo (unidad de arga elé tri a en el antiguo sistema egesimal).
1 u.e. =1
3× 10−9
C
Como unidad orrespondiente en el sistema interna ional de ha tomado aquella exposi ión
a radia ión X o gamma que al atravesar un kilogramo de aire se o provo a la libera ión de
iones y ele trones que totalizan un ulombio de arga elé tri a de ada signo. A esta unidad,
el ulombio por kilogramo en aire, no se le ha dado nombre espe ial y se la denomina por el
símbolo C/kg
La equivalen ia entre ambas unidades viene dada por
1 C/kg = 3876 R (8.19)
El uso del roentgen omo unidad de radia ión es inade uado puesto que se apli a sólo a rayos
X y radia ión gamma y sus efe tos en aire. Se introdu e el on epto de dosis absorbida omo
generaliza ión de la exposi ión para ualquier tipo de radia ión y en ualquier medio.
8.5.3. Dosis absorbida
Se de�ne la magnitud dosis absorbida (D) omo la energía depositada por ualquier radia-
ión ionizante por unidad de masa de material irradiado. Los efe tos que la radia ión produ e
en una sustan ia están determinados por la energía que di ha sustan ia absorbe y podrán ser
uanti� ados on esta magnitud.
La unidad tradi ional de dosis absorbida es el rad, equivalente a la absor ión de una energía
de 100 ergios por gramo de sustan ia irradiada.
La orrespondiente unidad del sistema interna ional es el julio de energía absorbida por kilo-
gramo de sustan ia irradiada, a la que se llama Gray, y se representa por el símbolo Gy.
La equivalen ia entre unidades es la siguiente
1 Gy =100 rad (8.20)
La energía absorbida por los tejidos blandos del uerpo que han sufrido una exposi ión a
radia ión X o gamma de 1 R es aproximadamente la equivalente a 1 rad (10 mGy) de dosis
absorbida. En los huesos, que poseen mayor oe� iente de absor ión para di has radia iones,
un roentgen de exposi ión equivale a lago más que un rad. En general
D(rad) = f ×X(R) (8.21)
donde f es un fa tor que depende del medio, para tejidos blandos f ≈ 1.
Dpto. Físi a de Materiales.
8. Intera ión de las RI on la materia 203
8.5.4. Dosis equivalente
A pesar de que la magnitud dosis absorbida es un on epto físi o muy útil, su ede que la
misma dosis absorbida debida a diferentes tipos de radia ión no produ e ne esariamente el
mismo daño biológi o. Esta diferen ia de efe tividad radiobiológi a debe tenerse en uenta
si se quiere sumar dosis debida a diferentes radia iones para obtener la dosis biológi amente
efe tiva.
Para tratar de evaluar uantitativamente los efe tos biológi os de las radia iones ionizantes, se
ha e pre iso de�nir una nueva magnitud, la dosis equivalente (H ) que resulta de multipli ar
la dosis absorbida de ada tipo de radia ión por un fa tor de alidad Q que representa la
apa idad del tipo parti ular de radia ión de ausar daño
H(dosis equivalente) = D(dosis absorbida)×Q (8.22)
La dosis equivalente permite, desde el punto de vista de la radioprote ión omparar la peli-
grosidad de una misma dosis para los diferentes tipos de radia ión.
La unidad tradi ional para esta magnitud es el rem uando la dosis absorbida viene expresada
en rad. En el sistema interna ional, la dosis equivalente es el Sievert (Sv) orrespondiente a
la dosis absorbida de un gray.
H(rem) = D(rad)×Q (8.23)
H(Sv) = D(Gy)×Q (8.24)
Y dado que 1 Gy = 100 rad, se tiene de manera análoga
1 Sv = 100 rem (8.25)
El valor del fa tor de alidad Q depende fuertemente de la densidad de ioniza ión, es de ir
del número de iones por unidad de longitud que las distintas radia iones produ en a lo largo
de su re orrido en el organismo. Los valores de Q para las distintas radia iones ionizantes se
dan en la siguiente tabla
Radia ión Q
X, γ 1
e 1
n < 10 keV 5
n > 20 MeV 5
n de 10 a 100 keV 10
n de 100 keV a 2 MeV 20
n de 2 MeV a 20 MeV 10
α, nú leos pesados 20
8.5.5. Tasa de dosis. Rela iones entre magnitudes
La exposi ión a radia ión gamma o X, la dosis absorbida y la dosis equivalente de ualquier
radia ión, se han de�nido independientemente del tiempo que ha podido durar la irradia ión.
Contamina ión por Agentes Físi os. Curso 2015/2016
204 8.6. Dete ión y medida de las RI
TABLA RESUMEN DE UNIDADES
Unidad Unidad
Magnitud medida tradi ional en el S.I.
A tividad (A) Curio (Ci) Be querelio (Bq)
= Velo idad de desintegra ión
Exposi ión (X) Roentgen (R) C/kg
= Ioniza ión en aire
Dosis absorbida (D, Da) rad Gray (Gy)
= Absor ión de energía
Dosis equivalente (H, De) rem Sievert (Sv)
= Efe tividad biológi a
Pero no es lo mismo absorber la dosis total de un rad, por ejemplo, en un minuto en un ampo
de radia ión intenso, o en un año por estar en un ampo de radia ión débil.
Se ha e ne esario de�nir unas magnitudes que dependen del tiempo, las tasas. La tasa de
exposi ión X , tasa de dosis (tanto absorbida, D, omo equivalente, H ) son la exposi ión
o la dosis que re ibirá en ondi iones onstantes, por unidad de tiempo.
La tasa de exposi ión (que también se denomina ritmo de exposi ión), a una distan ia d
dada, está rela ionado on la a tividad, A,
X =∆X
∆t= Γ
A
d2(8.26)
Γ : Constante espe í� a de tasa de exposi ión γ de la fuente
En la tabla siguiente apare en los valores de la onstante de tasa de exposi ión para algunos
radionu leidos utilizados en gammagrafía.
Radioisótopo Constante de tasa de exposi ión
Γ (C m
2/kg s Bq)60Co 2, 52× 10−18
137Cs 6, 29× 10−19
192Ir 9, 01× 10−19
8.6. Dete ión y medida de las Radia iones Ionizantes
8.6.1. Fundamentos físi os
El hombre ha ideado pro edimientos y aparatos para dete tar, medir y analizar las radia iones
nu leares. Para ello se aprove han los distintos efe tos que produ e la radia ión al atravesar
la materia. Los prin ipales de estos efe tos son:
Ioniza ión de medios materiales (gases, semi ondu tores).
Ex ita ión de luminis en ia.
Dpto. Físi a de Materiales.
8. Intera ión de las RI on la materia 205
Diso ia ión de la materia.
El prin ipio de fun ionamiento de un dete tor es sen illo: una partí ula argada pierde energía,
ioniza el medio (además de produ ir ex ita iones) y omo onse uen ia da una señal obser-
vable y a esible al observador. Cuando la radia ión in idente no está formada por partí ulas
argadas, por ejemplo radia ión gamma (radia ión ele tromagnéti a), la dete ión se realiza
gra ias a algún fenómeno o efe to de la intera ión de la radia ión de este tipo on la materia,
que produ irá ele trones, siendo el pro eso posterior similar al produ ido por las partí ulas
argadas.
Una primera lasi� a ión de las dete tores, en fun ión de su base físi a de fun ionamiento, es
la siguiente:
Dete tores elé tri os Los ele trones emitidos por ioniza ión son a elerados por un poten-
ial y a su vez produ en más ioniza ión, on lo ual la señal �nal es ampli� ada. Si el
medio es un gas, fun ionan por las des argas en gases ( ámaras de ioniza ión, ontado-
res propor ionales, tubos de Geiger-Müller). En los ristales semi ondu tores, son los
pares ele trón−hue o reados por el paso de la partí ula los que determinan la señal.
Contadores de entelleo Las partí ulas argadas ex itan los átomos del medio. La emi-
sión luminosa produ ida en la desex ita ión es onvertida en pulso elé tri o por efe to
fotoelé tri o y ampli� ada en un fotomultipli ador.
Dete tores de trazas La traye toria de la partí ula se ha e visible; por ejemplo, en ámaras
de niebla o de Wilson, de burbujas, de hispas, emulsiones, et .
La úni a manera de poder dete tar partí ulas neutras es onseguir que intera ionen on el
dete tor y que se produz an en el estado �nal partí ulas argadas. Gra ias a la dete ión de
las partí ulas argadas (se undarias) se podrán re onstruir las ara terísti as de la partí ula
neutra in idente. Los dete tores que se diseñen para partí ulas neutras deben ser sensibles a
las intera iones siguientes:
Si se quiere dete tar fotones (γ), hay que aprove har la intera ión ele tromagnéti a
de di hos fotones, es de ir el efe to fotoelé tri o, el efe to Compton o la rea ión de
pares.
Si se quiere dete tar neutrones (n), hay que utilizar la intera ión fuerte, por ejemplo,
la olisión elásti a np → np, de forma que el protón adquiere energía y es el que se
dete ta.
Cualquiera de los pro esos itados puede onstituir el fundamento de un dete tor. En general
se suele distinguir dentro de los dete tores a los meros ontadores de partí ulas o fotones que
al anzan al dispositivo de los espe trómetros, donde además de la informa ión de la presen ia
de la radia ión que da el ontador, se mide la energía de la radia ión in idente.
La no ión de dete tor engloba también la ele tróni a aso iada. El pro esado ele tróni o de
las señales, los ordenadores, et ., juegan un papel esen ial en la dete ión de partí ulas.
Cuando una radia ión nu lear atraviesa un medio provo a la ioniza ión de una parte de sus
átomos, lo que onlleva la libera ión de iones positivos y ele trones negativos. Si el medio es
Contamina ión por Agentes Físi os. Curso 2015/2016
206 8.6. Dete ión y medida de las RI
un gas, por ejemplo, que se omportaba omo un aislante elé tri o, pasa a ser par ialmente
ondu tor. Midiendo la orriente elé tri a que por el ir ula, en determinadas ondi iones,
puede dedu irse la intensidad de la radia ión que lo atraviesa.
La radia ión nu lear también puede provo ar, al atravesar iertos sólidos transparentes, la
ex ita ión de una fra ión de átomos de la sustan ia atravesada, los uales se desex itan
inmediatamente emitiendo fotones luminosos. La medida de la luz permite medir y analizar
la radia ión nu lear que la provo ó.
Los efe tos produ idos por la esión de energía de la radia ión, pueden dar lugar a la diso ia-
ión, pro eso por el que se rompen enla es quími os produ iendo altera iones en la onstitu-
ión de la materia. Un ejemplo de este fenómeno es el ennegre imiento de pla as fotográ� as.
Las radia iones nu leares pueden atravesar la envoltura que protege de la luz ordinaria a una
pelí ula fotográ� a y ennegre erla. Midiendo después la intensidad de di ho ennegre imiento
se puede dedu ir la dosis de radia ión que ha al anzado a la pelí ula fotográ� a.
Cara terísti as de los dete tores
E� ien ia Rela ión entre las partí ulas registradas y las que llegan al dete tor.
ε = N/A (8.27)
Donde N son las partí ulas registradas y A las que llegan al dete tor (a tividad de la
muestra radia tiva).
Tiempo muerto, τ Tiempo durante el ual el dete tor no es apaz de ontar, después de
haber llegado una partí ula.
Resolu ión Capa idad que tiene un dete tor (espe trómetro) de ver distintas emisiones on
energías muy próximas. Se mide omo la an hura a semialtura (FWHM , full width half
maximun) de una línea de emisión on rela ión a la energía.
R =FWHM
E(8.28)
Linealidad La rela ión entre la energía disipada por un su eso ionizante E y el tamaño del
impulso de tensión generado, V .
E = a+ bV (8.29)
8.6.2. Dete tores de ioniza ión gaseosa
Los dete tores de ioniza ión gaseosa están esen ialmente onstituidos por un re into lleno de
un gas a presión onveniente en el que se disponen dos ele trodos a los que se apli a una
tensión de polariza ión, por lo que se rea un ampo elé tri o en el volumen del dete tor.
Como los gases son aislantes en ondi iones normales, no ir ula orriente elé tri a entre
ambos ele trodos. Pero uando una partí ula ionizante al anza el espa io entre los ele trodos,
el ampo elé tri o existente dará lugar a que las argas elé tri as generadas por la intera ión
de las partí ulas, se muevan ha ia los ele trodos de signo ontrario. De esta forma se origina
Dpto. Físi a de Materiales.
8. Intera ión de las RI on la materia 207
Figura 8.7: Esquema bási o de un dete tor de ioniza ión gaseosa.
en el ir uito de dete ión un breve paso de orriente, o impulso de orriente (dependiendo
de la ele tróni a aso iada), que puede ser medido y revela la llegada de radia ión al dete tor.
Al variar la tensión de polariza ión de los ele trodos varía la amplitud del impulso generado,
estable iéndose tres tipos de dete tores gaseosos.
Cámara de ioniza ión (zona 2, véase �gura 8.8) La tensión de polariza ión apli ada
produ e un ampo elé tri o su� iente para que sea posible la apta ión de toda la
arga generada por la radia ión in idente. Sólo hay ioniza ión primaria. La amplitud
del impulso obtenido es propor ional a la energía disipada por la partí ula por lo que se
puede ha er espe tros opía on ellas. La orriente generada es muy pequeña; para poder
ser medida por instrumentos ordinarios, se tiene que ampli� ar previamente mediante
un ir uito ele tróni o que onstituye un ampli� ador lineal.
Contador propor ional (zona 3) Al aumentar la tensión apli ada por en ima de la zona
orrespondiente a la ámara de ioniza ión, se presenta el fenómeno de multipli a ión
de arga, al unirse a la ioniza ión primaria, la se undaria, originada por los ele trones
que a elerados ha ia el ánodo, ganan energía su� iente para ionizar por impa to a las
molé ulas de gas neutro. De esta forma aumenta el tamaño del impulso propor ionado
en un fa tor, llamado fa tor de multipli a ión gaseosa, que vendrá dado por el número
de nuevos pares de iones produ idos por ada ele trón primario.
El ontador propor ional trabaja satisfa toriamente omo espe trómetro siempre que la
partí ula ionizante disipe la totalidad de su energía en el volumen sensible del dete tor
ya que enton es el tamaño de los impulsos es propor ional a la energía de la partí ula.
Aunque la magnitud de los impulsos generados es mayor que en la ámara de ioniza ión,
se requiere omo en ésta una ampli� a ión de la señal.
Contador Geiger (zona 5) Si se eleva la tensión de polariza ión por en ima de la zona de
propor ionalidad, los impulsos resultantes al anzan todos la misma amplitud, indepen-
dientemente de la ioniza ión primaria debida a la partí ula dete tada. Se di e enton es
que la modalidad de fun ionamiento del ontador orresponde a la zona Geiger.
El fenómeno de multipli a ión de arga, que ya apare ía en los ontadores propor io-
nales, se in rementa y se propaga a lo largo del ánodo, produ iendo una avalan ha de
iones que dan lugar a la forma ión de un impulso mu ho mayor que en las ámaras de
ioniza ión o ontadores propor ionales. La amplitud del impulso es su� iente para a ti-
var dire tamente sistemas ele tróni os de registro, sin ne esidad de ampli� a ión previa.
Contamina ión por Agentes Físi os. Curso 2015/2016
208 8.6. Dete ión y medida de las RI
Esta ir unstan ia, que abarata onsiderablemente la adena ele tróni a, onstituye la
ualidad más apre iada de este tipo de dete tores. Pero no dan ningún dato a er a de
la naturaleza o energía de las partí ulas dete tadas.
Figura 8.8: Varia ión de la arga en fun ión de la tensión apli ada, en un dete tor de ioniza ión
gaseosa ideal.
8.6.3. Dete tores de entelleo
Los dete tores de entelleo utilizan la propiedad de iertos materiales de emitir luz visible
uando sus átomos o molé ulas se desex itan tras el paso de la radia ión ionizante. Estos
dete tores se basan en el fenómeno de ex ita ión. La luz emitida debe ser transformada
posteriormente en señal elé tri a apaz de ser medida mediante un fotomultipli ador.
Los elementos fundamentales de un dete tor de entelleo son la sustan ia luminis ente y el
fotomultipli ador.
Existe una gran variedad de sustan ias luminis entes, in luyendo ristales inorgáni os y om-
puestos orgáni os, bien en forma ristalina o en disolu ión.
Dos ualidades esen iales de una sustan ia luminis ente deben ser: una gran e� ien ia de
dete ión para la radia ión y una buena transparen ia a la luz produ ida en su interior. Para
mejorar la e� ien ia de dete ión se les suele añadir en pequeña propor ión una sustan ia
llamada a tivadora.
El tubo fotomultipli ador es, en esen ia, una foto élula. Consta de un foto átodo, una serie
de ele trodos su esivos denominados dinodos, a poten iales re ientes y un ele trodo ole tor
o ánodo. Todos estos elementos están ontenidos en una ápsula de ristal en la que se ha
he ho va ío.
El foto átodo es una apa de material fotosensible en la que los fotones produ idos en el
entelleador produ en ele trones. Estos fotoele trones (produ idos por efe to fotoelé tri o)
son a elerados ha ia el primer dinodo a poten ial positivo y allí se generan nuevos ele trones
se undarios, uatro o in o por ada ele trón in idente. Este pro eso se repite en ada dinodo,
Dpto. Físi a de Materiales.
8. Intera ión de las RI on la materia 209
on lo que se logra una ampli� a ión que os ila entre 10
6y 10
9, según sea el número de dinodos
y de la diferen ia de poten ial entre ada par de dinodos y de la diferen ia de poten ial entre
ada par de dinodos onse utivos.
Figura 8.9: Esquema de un dete tor de entelleo.
Los ompuestos inorgáni os �uores entes más utilizados en dete tores de entelleo son el
SZn(Ag) y el INa(Tl). El primero resulta ade uado para la dete ión de partí ulas argadas,
tales omo partí ulas alfa.
El INa(Tl) es el dete tor de entelleo orgáni o por ex elen ia. Su alta e� ien ia de onversión
luminosa, su ex elente transparen ia y su elevada apa idad para absorber fotones mediante
efe to fotoelé tri o al estar formado por un gran por entaje de yodo, uyo número atómi o
es relativamente grande.
Cuando un fotón de radia ión X o gamma es enteramente absorbido en el ristal de entelleo,
el impulso elé tri o resultante en el fotomultipli ador es propor ional a la energía del fotón
in idente. En parti ular, los ristales de INa(Tl) son ampliamente utilizados en el estudio de
emisión gamma y dedu ión de la naturaleza del radioisótopo emisor.
Contamina ión por Agentes Físi os. Curso 2015/2016
210 8.6. Dete ión y medida de las RI
8.6.4. Dete tores de estado sólido
Estos dete tores se basan en la produ ión de pares ele trón-hue o en un material semi on-
du tor (sili io o germanio) y el posterior tratamiento de la señal.
Son muy utilizados los dete tores de germanio ompensado on litio, Ge(Li), aunque tienen la
desventaja de que el ristal debe mantenerse siempre a una temperatura muy redu ida, refri-
gerándose on nitrógeno líquido. Ultimamente se han generalizado los dete tores de germanio
intrínse o o ultrapuro, que sólo debe estar a baja temperatura durante el pro eso de medida.
Los dete tores de semi ondu tor se utilizan asi ex lusivamente para la espe trometría gamma
y X, ya que ofre en una resolu ión en energía elevada, aunque su e� ien ia es algo inferior a
los dete tores de entelleo (INa(Tl)).
8.6.5. Dosímetros
La dosimetría es la ien ia que tiene por objeto la medida de la dosis.
Para la vigilan ia radiológi a ontinua de las personas expuestas a las radia iones ionizantes
suelen realizarse dos tipos de medidas:
Medida de la tasa de exposi ión o tasa de dosis absorbida en las áreas de trabajo.
Medida periódi a de las dosis a umuladas por ada individuo durante su trabajo.
El primer tipo de medidas lo podemos realizar mediante la dosimetría ambiental, utilizando
dispositivos que registren las dosis que se produ en en puntos laves de la instala ión radia -
tiva. A estos dispositivos se les denomina monitores de radia ión. La media de las dosis
a umuladas por ada trabajador se realiza mediante la llamada dosimetría personal, uti-
lizando dispositivos, dosímetros que lleva ada persona mientras permane e en la instala ión
radia tiva y que registran por tanto la dosis que re iben individualmente.
Fundamentos físi os de monitores y dosímetros
Los prin ipales efe tos en los que se basan los monitores y dosímetros son
Ioniza ión de los gases.
Ex ita ión de luminis en ia en sólidos.
Ennegre imiento de pla as fotográ� as (diso ia ión).
Las radia iones ionizantes, al atravesar iertas sustan ias, pierden parte de su energía al
provo ar fenómenos de luminis en ia on emisión inmediata o diferida de fotones luminosos.
La medida de la luz emitida permite a su vez medir, y en o asiones analizar, la radia ión que
la provo ó.
Las radia iones ionizantes (a ex ep ión de las partí ulas alfa por su muy redu ido poder de
penetra ión) pueden atravesar la envoltura que protege de la luz ordinaria a una pelí ula
fotográ� a y ennegre erla. Midiendo después la intensidad de di ho ennegre imiento se puede
dedu ir la dosis de radia ión que ha al anzado a la pelí ula fotográ� a.
Dpto. Físi a de Materiales.
8. Intera ión de las RI on la materia 211
Monitores de tasa de exposi ión o dosis
La vigilan ia radiológi a de áreas de trabajo, en las que existe riesgo de operar en ampos de
radia ión, onsiste en la medida de la exposi ión, la dosis absorbida o las respe tivas tasas en
zonas determinadas.
Estos instrumentos suelen llevar omo órgano dete tor una ámara de ioniza ión o un on-
tador Geiger, y suelen ir provistos de ventanas de pared delgada, o ultables por pantallas
absorbentes desplazables, on objeto de medir, bien el efe to onjunto de radia ión beta y
gamma (ventana abierta) o sólo la omponente gamma (ventana errada).
Los equipos de medida de radia ión gamma suelen ofre er las variantes de medida de exposi-
ión o tasa de exposi ión, y todos ellos poseen un mando de varias posi iones, de modo que
pueda modi� arse la sensibilidad del instrumento para ade uarla en ada aso al ampo de
radia ión de interés
Dosímetros personales
Estos dispositivos se utilizan para la vigilan ia radiológi a individual. Son dete tores de pe-
queño tamaño, onstruidos on materiales que equivalgan lo más estre hamente posible al aire
o tejido biológi o. En fun ión de su prin ipio de fun ionamiento pueden ser: dosímetros de
ioniza ión, de pelí ula fotográ� a y de termoluminis en ia.
Los dosímetros de ioniza ión se basan en la medida de la ioniza ión, se en uentran los
llamados de le tura dire ta, que permiten la medida inmediata de la exposi ión o dosis
absorbida por el dete tor en un tiempo dado.
Los dosímetros fotográ� os se utilizan la sensibilidad a la radia iones de las sales de plata.
El prin ipio en el que se basan es la exposi ión de una emulsión fotográ� a a la radia ión,
seguido del revelado de la pla a, y evalua ión del grado de ennegre imiento mediante
un mi rodensitómetro. Este último dato permite evaluar la dosis absorbida, tras un
alibrado previo para ada tipo de pelí ula.
Los dosímetros fotográ� os onstan de una pelí ula espe ial envuelta en una funda
opa a, montada en un soporte provisto de una pinza, que permite llevar el instrumento
sobre la bata o ropa de trabajo. El bastidor del soporte está dotado de una serie de
ventanas y �ltros, que permiten la determina ión simultánea de una serie de datos
radiológi os de interés.
Monitores de ontamina ión
Cuando se manejan sustan ias radia tivas no en apsuladas se ha e ne esario disponer de ins-
trumentos apropiados para dete tar y medir posibles ontamina iones en el aire y super� ies.
Para la dete ión de ontamina ión en super� ies suele utilizarse un monitor portátil dotado
de una o varias sondas reemplazables, provistas del dete tor ade uado al tipo de ontamina ión
que se debe dete tar. Para ontamina ión on emisores beta el dete tor suele ser un ontador
Geiger on ventana delgada.
Para dete tar la ontamina ión por emisores alfa la sonda suele estar dotada de un ontador
propor ional o de un dete tor de entelleo apropiados y provistos en aso ne esario de una
ventana muy delgada.
Contamina ión por Agentes Físi os. Curso 2015/2016
212 8.6. Dete ión y medida de las RI
Autoevalua ión
1. Los dete tores de estado sólido:
a) Tienen peor resolu ión que los Geiger.
b) Tienen peor resolu ión que los de Centelleo.
) Tienen mejor e� ien ia que los de Centelleo.
d) Tienen mejor resolu ión que los de Centelleo.
2. Los dete tores de entelleo se basan en:
a) Ioniza ión de un medio semi ondu tor.
b) Ioniza ión de un gas.
) Emisión de luz al paso de las radia iones ionizantes.
d) Ennegre imiento de sales de plata.
Solu iones:
1. Respuesta D
2. Respuesta C
Dpto. Físi a de Materiales.